Raspberry Pi Picoで100Mspsロジックアナライザを自作しよう

July 09, 2025

Logic Analyzer Raspberry Pi Pico Open Source Hardware Electronics Debugging PIO State Machines

オープンソースのPicoベースロジックアナライザでデジタルデバッグを強化

デジタル回路や組み込みシステムのデバッグには、特殊なツールが不可欠であり、デジタル信号の挙動を監視するためにロジックアナライザは欠かせません。プロ仕様のロジックアナライザは高価になりがちですが、オープンソースのLogicAnalyzerプロジェクトは、多用途なRaspberry Pi Picoをベースに、強力で手頃な代替品を提供します。このプロジェクトには、24チャンネル、100Mspsのロジックアナライザを構築するために必要なすべてが含まれており、最大32kサンプルの深度でデータを捕捉でき、高度なトリガ機能と洗練されたマルチプラットフォームソフトウェアアプリケーションを備えています。

LogicAnalyzerとは？

LogicAnalyzerは、Raspberry Pi PicoのプログラマブルI/O (PIO) ステートマシンを活用して、高速データキャプチャを実現します。CPUオーバーヘッドのために高周波信号解析に追従するのが難しい従来のマイクロコントローラとは異なり、PicoのPIOユニットは、効率的なシングルサイクルI/O処理のために特別に設計されています。これにより、LogicAnalyzerはエッジ、高速パターン、複雑なパターンといった高度なトリガ機構を最大100Mspsの速度で実装できます。

このプロジェクトには以下が含まれます。 * ハードウェア設計: コアアナライザユニットとオプションのレベルシフターボード（Picoは3.3Vネイティブであるため、5V信号を扱うには不可欠）の回路図とPCBレイアウト。設計は高精度に最適化されており、高速でも信号劣化を最小限に抑えます。 * ファームウェア: Raspberry Pi Pico用に最適化されたファームウェアで、簡単に書き込めるUF2ファイルとして提供されます。このファームウェアは高速データ収集と高度なトリガを扱います。 * ソフトウェアアプリケーション: AvaloniaUIで構築された堅牢なマルチプラットフォームデスクトップアプリケーションで、Windows、Linux、macOSに対応しています。このユーザーフレンドリーなインターフェースにより、キャプチャされたデータの詳細な可視化、チャンネル命名、領域のハイライト表示、プロトコルアナライザ（SPI、I2C、シリアルなど）との統合が可能です。

主な特徴と機能

高性能: 24チャンネル、100Mspsのサンプリングレートで、高速デジタルバスの分析に不可欠です。
大容量メモリ: 最大32,767サンプルを捕捉し、大幅な増加（8チャンネルモードで最大131,071サンプル、Pico 2対応で380k+サンプル）に向けた開発が進行中です。
高度なトリガ: エッジトリガ、高速パターン認識トリガ（最大5チャンネル）、複雑なパターン認識トリガ（最大16チャンネル）をサポートし、特定のイベントを正確に分離できます。
マルチプラットフォームソフトウェア: 専用のグラフィックユーザーインターフェース (GUI) アプリケーションは、データの視覚化、分析、プロトコルデコードに直感的な体験を提供します。Sigrok/PulseViewなどの標準形式へのエクスポートもサポートしています。
WiFiサポート (Pico W): 今後のアップデートでは、Raspberry Pi Pico Wを介したフルWiFi機能の統合が予定されており、ワイヤレスデータ転送やバッテリー駆動のリモート操作も可能になります。これにより、アクセス困難なシステムの現場デバッグが大きく変わるでしょう。
デイジーチェーン接続: リリース4.0での大幅な強化により、複数のアナライザボードをデイジーチェーン接続できるようになり、5台の接続デバイスで合計120チャンネルという大規模なチャンネル数に拡張できます。
プロトコルアナライザ: SPI、I2C、RS-232などの一般的なプロトコルを内蔵サポートしており、カスタムデコーダ開発用の使いやすいプラグインシステムも備えています。
コミュニティとサポート: プロジェクトは活発にメンテナンスされており、対応が早い開発者と、その進化に貢献しサポートを提供する熱心なコミュニティがあります。

PIOの力

LogicAnalyzerの素晴らしいパフォーマンスの秘密は、Raspberry Pi PicoのPIOユニットにあります。これらの専用ハードウェアブロックは、メインCPUとは独立して、決定論的な小さなプログラムを高速で実行できます。この並列処理機能があるからこそ、LogicAnalyzerはデータを捕捉し、複雑なトリガ条件を同時に、しかも見逃すことなく検出できるのです。これは従来のCPU駆動のGPIOサンプリングでは不可能なことです。

自分だけのロジックアナライザを始めよう

ベテランの電子機器愛好家でも、組み込みシステムエンジニアでも、デジタル信号について学びたい学生でも、LogicAnalyzerプロジェクトは、プロ仕様のツールをわずかなコストで構築できる素晴らしい機会を提供します。プロジェクトのGitHubページにある包括的なドキュメント（回路図、ファームウェア、ソフトウェアのビルド手順を含む）は、基本的な電子工学とプログラミングの知識があれば誰でもアクセスできるように作られています。

今すぐLogicAnalyzer GitHubリポジトリを探索して、デジタルデバッグの世界に飛び込み、このエキサイティングなオープンソースプロジェクトに貢献してみませんか！

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